JP2001136993A - Production of ursodeoxycholic ester - Google Patents

Production of ursodeoxycholic ester

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JP2001136993A
JP2001136993A JP32697499A JP32697499A JP2001136993A JP 2001136993 A JP2001136993 A JP 2001136993A JP 32697499 A JP32697499 A JP 32697499A JP 32697499 A JP32697499 A JP 32697499A JP 2001136993 A JP2001136993 A JP 2001136993A
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JP
Japan
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ester
microorganism
producing
udca
hydrophobic organic
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JP32697499A
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Shinobu Oda
忍 小田
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Kansai Paint Co Ltd
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Kansai Paint Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microbiological production process for ursodeoxycholic ester. SOLUTION: A microorganism capable of producing 7β-hydroxy-steroid dehydrogenase is attached or immobilized onto the surfaces of a hydrophilic immobilized carrier that is charged in an anaerobic interfacial bioreactor and includes the nutrients and water and proliferated to form a layer of the microorganism. The resultant microbial cell layer is brought into contact with the substrate of 7-ketotricholic ester in a hydrophobic organic solvent to effect the biological reduction of 7-ketolithocholic acid thereby producing ursodeoxycholic ester. In this case, a saturation amount of water is added to the hydrophobic organic medium to crystallize out the objective ursodeoxycholic ester on the surface of the microbial layer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、コレステロール性
胆石の溶解剤及び養殖魚の成長促進剤等として有用なウ
ルソデオキシコール酸(以下、「UDCA」と略称す
る)の前駆体であるウルソデオキシコール酸エステル
(以下、「UDCAエステル」と略称する)の微生物的
製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to ursodeoxycholic acid, a precursor of ursodeoxycholic acid (hereinafter abbreviated as "UDCA") useful as a solubilizer for cholesterol gallstones and a growth promoter for cultured fish. The present invention relates to a microbial production method of an ester (hereinafter, abbreviated as “UDCA ester”).

【0002】[0002]

【従来技術及びその課題】二次胆汁酸であるUDCA
は、ケノデオキシコール酸(以下、「CDCA」と略称
する)と共にコレステロール性胆石の溶解剤として有用
であるが[Nakagawa,S.,et al.,Lancet,Vol.2,
367(1977);Stiehl,A.,et al.,Gasteroent
erology,Vol.57,1016(1978)]、CDC
Aは肝臓障害を引き起こすことが指摘されており、胆石
の溶解にはUDCAの単独投与が好ましいとされている
[Fedorowsky,T.,et al.,Gastroenterology,Vol.
74,75(1978);Macdonald,I.A.,et al.
J.Lipid Res.,Vol.22,458(1981)]。
BACKGROUND OF THE INVENTION UDCA, a secondary bile acid
Is useful as a cholesterol gallstone dissolving agent together with chenodeoxycholic acid (hereinafter abbreviated as "CDCA") [Nakagawa, S., et al. , Lancet, Vol. 2,
367 (1977); Stiehl, A., et al. , Gasteroent
erology, Vol. 57, 1016 (1978)], CDC
A has been pointed out to cause liver damage, and it is considered that UDCA alone is preferable for dissolving gallstones [Fedorowsky, T., et al. , Gastroenterology, Vol.
74, 75 (1978); Macdonald, I .; A., et al. ,
J. Lipid Res., Vol. 22, 458 (1981)].

【0003】また、養殖魚にUDCAを与えた場合、養
殖魚の消化管内のアミラーゼ活性が増大することにより
エサの消化率が向上し、魚の成長を促進させることがで
きるという報告もあり[舞田正志ら、日本水産学会誌、
62巻,129(1996)]、UDCAは、世界中で
トンスケールの量で消費されていると言われている[Bo
vara,R.,et al.,J.Org.Chem.,Vol.58,499
(1993)]。
There is also a report that when UDCA is given to farmed fish, the amylase activity in the digestive tract of the farmed fish increases, thereby improving the digestibility of food and promoting the growth of fish [Mashita Maida et al. , Journal of the Fisheries Society of Japan,
62, 129 (1996)], UDCA is said to be consumed in ton-scale quantities worldwide [Bo
vara, R., et al . Org. Chem., Vol. 58,499
(1993)].

【0004】UDCAは、古くは熊の胆嚢から分離・精
製されていたが[Kurozumi,K.,etal.,J.Biochem.,
Vol.74,489(1973)]、熊の捕獲による資
源枯渇の観点から、現在では多段反応よりなる有機合成
法によって合成されている。しかしながら、現行の有機
合成法では、低収率であること及び安全上問題の多い金
属ナトリウムまたはカリウムを用いざるを得ないなどの
問題があり[特公昭53−10062号公報;特公昭6
2−13960号公報;特公昭62−54439号公
報;特公昭63−54720号公報など]、より安全で
且つ高収率で得られるUDCAの製造法の開発が強く望
まれている。
UDCA was previously isolated and purified from the gall bladder of bears [Kurozumi, K., et al. , J. Am. Biochem.,
Vol. 74, 489 (1973)], from the viewpoint of resource depletion due to the capture of bears, it is currently synthesized by an organic synthesis method comprising a multistage reaction. However, the current organic synthesis method has problems such as low yield and the use of metallic sodium or potassium, which has many safety problems [Japanese Patent Publication No. 53-10062;
JP-A-2-13960; JP-B-62-54439; JP-B-63-54720; etc.], and there is a strong demand for the development of a method for producing UDCA which is safer and can be obtained in high yield.

【0005】一方、微生物菌体や酵素などの生体触媒を
用いたステロイド変換の一環として、コール酸(以下、
「CA」と略称する)やCDCAなどの一次胆汁酸ある
いはリトコール酸(以下、「LCA」と略称する)やデ
オキシコール酸(以下、「DCA」と略称する)などの
二次胆汁酸の酸化、還元、エステル化などの方法につい
て多数の提案がなされており、生体触媒反応特有の高い
位置選択性及び立体選択性が発揮されている。これら多
数の提案のうち、UDCAの合成法としては、糸状菌を
用いたLCAの7位メチレン基の水酸化[Sawada,H.,
et al.,Appl.Environ.Microbiol.,Vol.44,12
49(1082);Kulprecha,S.,etal.,Appl.Envi
ron.Microbiol.,Vol.49,338(1085);特
公昭62−54478号公報;特公昭62−55840
号公報;特公平1−37120号公報;特公平3−29
39号公報]、固定化リパーゼを用いたCAの3位水酸
基の位置選択的アシル化を鍵段階とする酵素−有機合成
法[Sugai,T.,et al.,Biosci.Biotech.Biochem.,
Vol.60,2059(1996)]、腸内細菌である
クロストリジウム・アブソナムを用いたCDCAの7位
水酸基の立体選択的α/β反転法[Macdonald,I.A.a
nd Roach,P.D.,Biochem.Biophys.Acta,Vol.66
5,262(1981);Macdonald,I.A.,et al.
J.Lipid Res.,Vol.22,458(1981);Suth
erland,J.D.and Macdonald.I.A.,J.Lipid.,Re
s.,Vol.23,726(1982)]、クロストリジ
ウム・アブソナムやバチルス・フラギリス(Bacillus f
ragilis)などの7α−ヒドロキシステロイドデヒドロ
ゲナーゼ(以下、「7α−HSDH」と略称する)生産
菌とエウバクテリウム・アエロファシエンスのような7
β−ヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼ(以下、
「7β−HSDH」と略称する)生産菌とを組み合わせ
てCDCAの7位水酸基をα配置からβ配置に反転させ
る方法[Hirano,H.and Masuda,N.,Lipid Res.,Vo
l.22,1060(1981);Macdonald,I.A.,e
t al.,Appl.Environ.Microbiol.,Vol.44,11
87(1982)]などが提案されている。
On the other hand, as part of steroid conversion using biocatalysts such as microbial cells and enzymes, cholic acid (hereinafter referred to as "cholic acid") is used.
Oxidation of secondary bile acids such as primary bile acids such as “CA”) or CDCA or lithocholic acid (hereinafter abbreviated as “LCA”) and deoxycholic acid (hereinafter abbreviated as “DCA”); Numerous proposals have been made for methods such as reduction and esterification, and high regioselectivity and stereoselectivity unique to biocatalysis are exhibited. Among these many proposals, the method of synthesizing UDCA includes hydroxylation of methylene group at the 7-position of LCA using a filamentous fungus [Sawada, H., et al.
et al. , Appl. Environ. Microbiol., Vol. 44,12
49 (1082); Kulprecha, S., et al. , Appl. Envi
ron. Microbiol., Vol. 49,338 (1085); JP-B-62-54478; JP-B-62-55840.
Japanese Patent Publication No. 1-37120; Japanese Patent Publication No. 3-29
No. 39], an enzyme-organic synthesis method using regioselective acylation of the 3-hydroxyl group of CA using immobilized lipase as a key step [Sugai, T., et al. , Biosci. Biotech. Biochem.,
Vol. 60, 2059 (1996)], a stereoselective α / β inversion method for the 7-hydroxyl group of CDCA using the intestinal bacterium Clostridium absonanum [Macdonald, I. et al. A. a
nd Roach, P.S. D., Biochem. Biophys. Acta, Vol. 66
5,262 (1981); Macdonald, I .; A., et al. ,
J. Lipid Res., Vol. 22, 458 (1981); Suth
erland, J .; D. and Macdonald. I. A., J. Lipid., Re
s., Vol. 23,726 (1982)], Clostridium absonanum and Bacillus fragilis ( Bacillus f.
ragilis ) and 7α-hydroxysteroid dehydrogenase (hereinafter abbreviated as “7α-HSDH”)-producing bacteria and 7α-hydroxysteroid dehydrogenase such as E.
β-hydroxysteroid dehydrogenase (hereinafter, referred to as
A method of inverting the 7-hydroxyl group of CDCA from the α-configuration to the β-configuration in combination with a producing bacterium [Hirano, H .; and Masuda, N., Lipid Res., Vo
l. 22, 1060 (1981); Macdonald, I .; A., e
t al. , Appl. Environ. Microbiol., Vol. 44,11
87 (1982)].

【0006】これら既知の方法はいずれも高い位置選択
性及び立体選択性を有しており、特にHSDH生産株を
用いた酸化還元法では極めて高い収率が報告されてい
る。(但し、上記リパーゼを用いた酵素−有機合成法は
多段反応であり、収率は高くない)。しかしながら、変
換基質のLCAやCDCA、7−ケトリトコール酸(以
下、「7KLCA」と略称する)または生成物のUDC
Aは強い界面活性作用を有しており、極めて低い濃度で
あっても微生物の細胞膜を破壊してしまうため、その添
加濃度及び蓄積濃度は極めて低いレベルに留めざるを得
ないという欠点がある。
[0006] All of these known methods have high regioselectivity and stereoselectivity, and extremely high yields have been reported particularly in the oxidation-reduction method using an HSDH-producing strain. (However, the enzyme-organic synthesis method using the lipase is a multi-step reaction, and the yield is not high). However, conversion substrate LCA, CDCA, 7-ketolithocholic acid (hereinafter abbreviated as "7KLCA") or product UDC
A has a strong surface-active effect and destroys the cell membrane of microorganisms even at a very low concentration. Therefore, there is a disadvantage that the addition concentration and the accumulation concentration have to be kept at very low levels.

【0007】したがって、上記した有機合成法に起因す
る低収率、多段プロセスの必要性、製造上の危険性、低
基質濃度及び低生成物蓄積濃度等の問題を全て解決する
ことができる新規なUDCAの合成プロセスの開発が強
く望まれている。
[0007] Therefore, the present invention can solve all of the problems such as low yield, necessity of multi-step process, danger in production, low substrate concentration and low product accumulation concentration caused by the above-mentioned organic synthesis method. There is a strong need for the development of UDCA synthesis processes.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者は、7
β−HSDH生産能を有する嫌気性腸内細菌エウバクテ
リウム・アエロファシエンスを用いた7KLCAエステ
ルの7位カルボニル基のβ−水酸化を対象反応に選定
し、該反応を、疎水性毒物の毒性回避に大きな威力を発
揮する界面バイオリアクター[Oda,S.and Ohta,H.,
Biosci.Biotech.Biochem.,Vol.56,1515(1
992)]に適用して行うことにより、基質である7K
LCAエステルを高濃度で添加することができしかも生
成物であるUDCAエステルの蓄積を高濃度で達成する
ことができることを見い出した。
Means for Solving the Problems Accordingly, the present inventor has set forth the following seven points.
The β-hydroxylation of the carbonyl group at the 7-position of the 7KLCA ester using the anaerobic intestinal bacterium Eubacteria aerofaciens having the ability to produce β-HSDH was selected as the target reaction, and this reaction was used to avoid toxicity of hydrophobic poisons. Interfacial bioreactors [Oda, S. et al. and Ohta, H.,
Biosci. Biotech. Biochem., Vol. 56, 1515 (1
992)] to obtain the substrate 7K
It has been found that the LCA ester can be added at a high concentration and that the accumulation of the product UDCA ester can be achieved at a high concentration.

【0009】なお、本変換システムでは使用菌が嫌気性
菌であること、基質及び生成物の有機溶媒に対する溶解
性が低いこと、鍵酵素7β−HSDHの発現機構が複雑
であること、基質7KLCAエステル及び生成物UDC
Aエステルの両者とも極めて強い微生物毒性を有してい
ることなど解決すべき課題が種々存在し、既知の界面バ
イオリアクター[Oda,S.and Ohta,H.,Biosci.Biot
ech.Biochem.,Vol.56,2041(1992);小
田忍・太田博道、色材協会誌,70巻538(199
7);特許第2542766号公報]に単純に適用する
ことはできない。
In this conversion system, the bacterium used is an anaerobic bacterium, the solubility of the substrate and the product in organic solvents is low, the expression mechanism of the key enzyme 7β-HSDH is complicated, and the substrate 7KLCA ester is used. And product UDC
There are various problems to be solved, such as the fact that both A esters have extremely strong microbial toxicity, and known interface bioreactors [Oda, S .; and Ohta, H., Biosci. Biot
ech. Biochem., Vol. 56, 2041 (1992); Shinobu Oda and Hiromichi Ota, Journal of the Society of Color Materials, 70, 538 (199)
7); Japanese Patent No. 2542766] cannot be simply applied.

【0010】上記反応で用いる菌が嫌気性細菌である以
上、界面バイオリアクター内部を完全に酸素と遮断する
必要があり、そのためには該界面バイオリアクターの構
成単位である親水性担体と含基質疎水性有機溶媒層及び
該界面バイオリアクター内部のデッドスペースの全てを
無酸素状態にする必要がある。疎水性有機溶媒は一般に
高い酸素溶解性を有しているため、特に微生物的酸化反
応に威力を発揮し、静置条件下においても効率的に酸化
反応が進行する[Oda,S.,et al.,J.Ferment.Bioen
g.,Vol.78,149(1994);Oda,S.,et a
l.,J.Ferment.Bioeng.,Vol.80,559(199
5);Oda,S.,et al.,Biosci.Biotech.Biochem.,
Vol.60,83(1996)]。したがって、本発明
の対象反応を界面バイオリアクターに適用する場合に
は、リアクター内部の気相を脱気−ガス(例えば、窒素
ガス)置換するだけでは不十分であり、担体内部及び有
機溶媒層をも脱気−ガス置換する必要がある。
Since the bacterium used in the above reaction is an anaerobic bacterium, it is necessary to completely shut off the inside of the interfacial bioreactor, and for this purpose, the hydrophilic carrier and the substrate-containing hydrophobic It is necessary to make all of the organic solvent layer and the dead space inside the interface bioreactor oxygen-free. Since hydrophobic organic solvents generally have high oxygen solubility, they are particularly effective for microbial oxidation reactions, and the oxidation reactions proceed efficiently even under static conditions [Oda, S., et al . . , J. Ferment. Bioen
g., Vol. 78, 149 (1994); Oda, S., et a .
l . Ferment. Bioeng., Vol. 80, 559 (199
5); Oda, S., et al. , Biosci. Biotech. Biochem.,
Vol. 60, 83 (1996)]. Therefore, when the target reaction of the present invention is applied to an interfacial bioreactor, it is not sufficient to simply degas the gas phase inside the reactor and replace it with gas (for example, nitrogen gas). Also requires degassing-gas replacement.

【0011】このような嫌気性界面バイオリアクターと
しては、図1に示すような嫌気性平板型界面バイオリア
クター(以下、「嫌気性リアクター」と略称する)を例
示することができる。該嫌気性リアクターは、例えばス
テンレス製リアクター基部(1)と透明塩化ビニル板
(2)よりなり、両者は耐有機溶媒性のバイトンゴム製
パッキング(3)で完全に密着されている。該嫌気性リ
アクターにおいて、栄養寒天平板に代表される親水性担
体(4)はステンレス製リアクター基部の底部に調製さ
れている。該担体中の溶存酸素はゲル化前にガスライン
(5)を介して脱気−ガス置換することにより、該担体
は嫌気状態とされ、ゲル化した後にエウバクテリウム・
アエロファシエンスの細胞懸濁液が該ゲル化した担体表
面に導入され、例えば窒素ガスを吹き付けることによっ
て過剰な水分は除去される。また、透明塩化ビニル板
(2)はバイトンゴム製パッキング(3)を介してクラ
ンプ(6)によってリアクター基部(1)に密に装着さ
れ、リアクター内部の気相は脱気−ガス置換されてい
る。さらに、嫌気度を厳密にし、その保持を確認する目
的で、場合によっては該嫌気性リアクター内部に酸素消
去用触媒(7)と酸素インジケーター(8)を装着して
もよい。
An example of such an anaerobic interface bioreactor is an anaerobic flat plate interface bioreactor (hereinafter abbreviated as “anaerobic reactor”) as shown in FIG. The anaerobic reactor comprises, for example, a stainless steel reactor base (1) and a transparent vinyl chloride plate (2), both of which are completely adhered by an organic solvent resistant Viton rubber packing (3). In the anaerobic reactor, a hydrophilic carrier (4) represented by a nutrient agar plate is prepared at the bottom of a stainless steel reactor base. The dissolved oxygen in the carrier is degassed and gas-substituted via a gas line (5) before gelation, so that the carrier is made anaerobic, and after gelation, E. coli.
A cell suspension of Aerofacilens is introduced onto the surface of the gelled carrier, and excess water is removed, for example, by blowing nitrogen gas. The transparent vinyl chloride plate (2) is tightly mounted on the reactor base (1) by a clamp (6) via a Viton rubber packing (3), and the gas phase inside the reactor is degassed and replaced with gas. Further, in order to make the anaerobic degree strict and confirm the retention, an oxygen elimination catalyst (7) and an oxygen indicator (8) may be mounted inside the anaerobic reactor in some cases.

【0012】このような構成からなる嫌気性リアクター
は1日程度の前培養に付される。エウバクテリウム・ア
エロファシエンスは膜状に成長するが、その後、基質7
KLCAエステルを含んだ有機溶媒を嫌気的にリアクタ
ー内部へ導入することによって還元反応がスタートす
る。なお、基質を含んだ疎水性有機溶媒は、たとえば少
数の沸石を投入して脱気−ガス置換することにより、容
易に嫌気状態とすることができる。
The anaerobic reactor having such a configuration is subjected to a preculture for about one day. E. aerofaciens grows in the form of a film, and then the substrate 7
The reduction reaction is started by anaerobically introducing the organic solvent containing the KLCA ester into the reactor. The hydrophobic organic solvent containing the substrate can be easily put into an anaerobic state by, for example, introducing a small number of zeolite and performing degassing and gas replacement.

【0013】本発明における基質である7KLCAエス
テル及び生成物であるUDCAエステルは、いずれも疎
水性のステロイド骨格を有すると共に、3位のα−水酸
基、7位のケト基またはβ−水酸基及び24位のエステ
ル基の3つの親水基を有しており、本発明では疎水性有
機溶媒での溶解性を向上させるために、7KLCAの2
4位のカルボキシル基をエステル化、具体的にはメチル
化、エチル化、プロピル化またはブチル化しているが、
それでもなお、該基質及び生成物であるUDCAエステ
ルの疎水性有機溶媒に対する溶解性は低く、例えば、界
面バイオリアクターで頻繁に使用されているドデカンに
対する7KLCAメチルエステルの溶解性はわずか0.
2重量%程度である。
The 7KLCA ester as a substrate and the UDCA ester as a product in the present invention both have a hydrophobic steroid skeleton and have an α-hydroxyl group at the 3-position, a keto group or β-hydroxyl group at the 7-position and a 24-hydroxyl group. In the present invention, in order to improve the solubility in a hydrophobic organic solvent, 2
The carboxyl group at the 4-position is esterified, specifically methylated, ethylated, propylated or butylated,
Nevertheless, the solubility of the substrate and the product, the UDCA ester, in hydrophobic organic solvents is low, for example, the solubility of 7KLCA methyl ester in dodecane, frequently used in interfacial bioreactors, is only 0.
It is about 2% by weight.

【0014】そこで、本発明者は、ある程度の極性を有
し且つエウバクテリウム・アエロファシエンスに対して
さほど毒性を示さない有機溶媒を探索した結果、ジヘキ
シルエーテルやジイソアミルエーテルなどの中鎖脂肪族
エーテルが良好な反応溶媒として使用できることを見い
出した。両者とも基質である7KLCAエチルの溶解度
は1重量%前後であり、生成物であるUDCAエステル
の溶解度も0.7重量%程度であり、さらに両溶媒とも
エウバクテリウム・アエロファシエンスに対する毒性も
低い。なお、これらの溶媒に対し、比較的毒性が低く且
つさらに基質及び生成物の溶解性に優れる溶媒として酢
酸2−エチルヘキシルや酢酸ドデシルのような中鎖脂肪
族エステルを適当な比率で混合して使用することによ
り、さらに高い濃度の7KLCAエステルを投入して高
い濃度のUDCAエステルを蓄積することができること
も確認された。
The present inventor has searched for an organic solvent which has a certain degree of polarity and is not so toxic to E. bacteria aerofaciens. As a result, the present inventors have found that medium-chain aliphatic ethers such as dihexyl ether and diisoamyl ether. Can be used as a good reaction solvent. In both cases, the solubility of 7KLCA ethyl as a substrate is about 1% by weight, the solubility of UDCA ester as a product is about 0.7% by weight, and both solvents have low toxicity to E. aerofaciens. In addition, a medium-chain aliphatic ester such as 2-ethylhexyl acetate or dodecyl acetate is used by mixing at an appropriate ratio as a solvent having relatively low toxicity and excellent solubility of the substrate and the product in these solvents. By doing so, it was also confirmed that a higher concentration of 7KLCA ester could be added to accumulate a higher concentration of UDCA ester.

【0015】しかしながら、ジヘキシルエーテル及びジ
イソアミルエーテルの両者とも、基質である7KLCA
エステルの溶解度は僅か1重量%であり、さらに生成物
UDCAエステルの溶解度に至っては、僅か0.7重量
%程度と低値であり、UDCAエステルを反応溶媒に溶
解させた状態での高濃度生産は事実上不可能である。こ
れに対し、より基質及び生成物の溶解性に優れる酢酸2
−エチルヘキシルまたは酢酸ドデシルなどの中鎖脂肪族
エステルを混合した場合、基質及び生成物の溶解性は向
上するものの、例えば、ジヘキシルエーテル/酢酸2−
エチルヘキシルの混合比が7:3では2.0重量%、
5:5でも3.0重量%の7KLCAエステルが溶解で
きる程度である。さらに、中鎖脂肪族エステルの混合比
が高ければ高いほど、その微生物に対する毒性は増大
し、結果として還元速度の低下を招くという問題があ
る。
[0015] However, both dihexyl ether and diisoamyl ether are substrates of 7KLCA.
The solubility of the ester is only 1% by weight, and the solubility of the product UDCA ester is as low as only 0.7% by weight. Is virtually impossible. In contrast, acetic acid 2 which is more excellent in the solubility of the substrate and the product
-When a medium chain aliphatic ester such as ethylhexyl or dodecyl acetate is mixed, the solubility of the substrate and the product is improved, but for example, dihexyl ether / acetic acid 2-
2.0% by weight when the mixing ratio of ethylhexyl is 7: 3,
Even at 5: 5, 3.0% by weight of 7KLCA ester can be dissolved. Furthermore, there is a problem that the higher the mixing ratio of the medium-chain aliphatic ester, the greater the toxicity of the medium to microorganisms, resulting in a reduction in reduction rate.

【0016】本発明は、この基質及び生成物の反応溶媒
に対する低溶解性を逆手にとったものである。すなわ
ち、反応溶媒に対する生成物の相対的な低溶解性を利用
し、反応溶媒中の水分含量を還元反応の進行とともに増
加させて生成物の溶解性をさらに低下させることによっ
て、生成物を結晶として反応系から除外することによ
り、生成物であるUDCAエステルを高濃度で蓄積させ
ることができることを見出し、本発明を完成させるに至
った。
In the present invention, low solubility of the substrate and the product in the reaction solvent is used. That is, by utilizing the relative low solubility of the product in the reaction solvent, the water content in the reaction solvent is increased with the progress of the reduction reaction to further reduce the solubility of the product, and the product is converted into crystals. By excluding from the reaction system, it was found that the UDCA ester as a product can be accumulated at a high concentration, and the present invention has been completed.

【0017】かくして、本発明に従えば、嫌気性界面バ
イオリアクターに充填された、栄養源及び水を内部に包
含する親水性固定化担体表面に、7β−ヒドロキシステ
ロイドデヒドロゲナーゼを生産する能力を有する微生物
を付着・固定化し、このものを増殖させて微生物膜を形
成させ、該微生物膜と基質として7−ケトリトコール酸
エステルが溶解された疎水性有機溶媒とを接触させて7
−ケトリトコール酸エステルの微生物的還元反応を行う
ことによりウルソデオキシコール酸エステルを製造する
にあたり、該疎水性有機溶媒中に飽和量の水を添加する
ことによって、ウルソデオキシコール酸エステルを結晶
として該微生物膜表面に析出させることを特徴とするウ
ルソデオキシコール酸エステルの製造方法が提供され
る。
Thus, according to the present invention, a microorganism capable of producing 7β-hydroxysteroid dehydrogenase on the surface of a hydrophilic immobilized carrier containing a nutrient source and water, which is filled in an anaerobic interface bioreactor. Is adhered and immobilized, and this is grown to form a microbial membrane. The microbial membrane is brought into contact with a hydrophobic organic solvent in which 7-ketotricholate is dissolved as a substrate to form a microbial membrane.
In producing ursodeoxycholic acid ester by performing a microbiological reduction reaction of ketolithocholic acid ester, by adding a saturated amount of water to the hydrophobic organic solvent, the ursodeoxycholic acid ester is crystallized to form the microorganism. There is provided a method for producing ursodeoxycholic acid ester, wherein the method is deposited on a film surface.

【0018】本発明において、エウバクテリウム・アエ
ロファシエンスを適用した嫌気性界面バイオリアクター
を用いて7KLCAエステルをUDCAエステルに還元
する際、還元反応の進行に伴って反応溶媒中の水分含量
を順次上昇させることにより、反応溶媒中に蓄積されて
くるUDCAエステルの最大溶解度は順次低下し、飽和
濃度に達した直後からその結晶化が始まる。UDCAの
結晶化により、その反応溶媒中の濃度は急落するが、水
分量が飽和に達した後は、その濃度もまた飽和値を示
し、さらに還元反応の進行によって生じてくるUDCA
量に相当する結晶が担体表面、より厳密には担体表面に
成長した微生物膜表面に析出してくることになる。
In the present invention, when a 7K LCA ester is reduced to a UDCA ester using an anaerobic interface bioreactor to which E. bacterium aerofaciens is applied, the water content in the reaction solvent is gradually increased as the reduction reaction proceeds. As a result, the maximum solubility of the UDCA ester accumulated in the reaction solvent gradually decreases, and crystallization thereof starts immediately after reaching the saturation concentration. The concentration in the reaction solvent drops sharply due to crystallization of UDCA, but after the water content reaches saturation, the concentration also shows a saturation value, and further, UDCA produced by the progress of the reduction reaction
Crystals corresponding to the amount are deposited on the surface of the carrier, or more precisely, on the surface of the microorganism film grown on the surface of the carrier.

【0019】本発明におけるシステムの最大の長所は、
反応溶媒に対する基質及び生成物の溶解性の問題を解決
することができる点にある。むしろ、生成物の溶解性が
低ければ低いほど、反応溶媒中の生成物濃度は低くな
り、結果として微生物に対する生成物毒性を大きく回避
することができる。その際、基質の低溶解性を克服する
ためには、基質を流下法によって、定期的に低濃度相当
量づつ追加してやればよい。
The greatest advantage of the system according to the present invention is that
The problem is that the problem of the solubility of the substrate and the product in the reaction solvent can be solved. Rather, the lower the solubility of the product, the lower the product concentration in the reaction solvent, and as a result, product toxicity to microorganisms can be largely avoided. At this time, in order to overcome the low solubility of the substrate, the substrate may be periodically added by a flow-down method in an amount corresponding to a low concentration.

【0020】反応溶媒である中鎖脂肪族エーテルまたは
中鎖脂肪族エステルとの混合物は、若干の極性基(エー
テル基及びエステル基)を有しており、概ね0.01〜
0.1重量%の含水率を示すため、その限界濃度に達す
るまで、極微量づつの水を反応溶媒中に添加してやれば
よい。その際、加える水量がその限界値を大きく超えて
しまうと、過剰な水分(水滴)によって担体表面に形成
された微生物膜の剥離が生じてしまう恐れがある。従っ
て、水の人為的添加よりも、微生物膜形成時に該微生物
膜中に含まれる水分によって本発明の効果を具現する方
が良い場合が多く、具体的には、通常の界面バイオリア
クターの使用に比べてより多くの水分、具体的には微生
物膜の剥離・流動が生じない程度の水分を微生物膜中に
残存させておくことができる。
A mixture with a medium-chain aliphatic ether or a medium-chain aliphatic ester, which is a reaction solvent, has some polar groups (ether group and ester group),
In order to show a water content of 0.1% by weight, trace amounts of water may be added to the reaction solvent until the concentration reaches the limit. At that time, if the amount of water to be added greatly exceeds the limit value, there is a possibility that the microbial membrane formed on the carrier surface may be peeled off due to excessive moisture (water droplets). Therefore, it is often better to embody the effects of the present invention by the water contained in the microbial membrane during the formation of the microbial membrane than by the artificial addition of water, and specifically, to use a normal interface bioreactor. Compared to this, more water, specifically, water that does not cause separation and flow of the microbial membrane can be left in the microbial membrane.

【0021】かくして、エウバクテリウム・アエロファ
シエンスを嫌気性界面バイオリアクターに適用して実施
される7KLCAエステルのUDCAエステルへの還元
反応の進行に伴い、生成してくるUDCAエステルは順
次結晶として微生物膜表面に析出し、その結果、微生物
に対する微生物毒性は大きく低減され、結果として大量
のUDCAエステルが蓄積されることになる。
Thus, with the progress of the reduction reaction of 7KLCA ester to UDCA ester, which is carried out by applying E. aerofaciens to an anaerobic interface bioreactor, the UDCA ester generated is successively crystallized as a crystal on the surface of the microorganism membrane. , Resulting in greatly reduced microbial toxicity to microorganisms, resulting in the accumulation of large amounts of UDCA esters.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明を実施例によってさらに具体的
に説明する。実施例 ステンレス製リアクター(300×400mm)基部の
底部に、pH7.5に調製したABCM(栄研化学製)
寒天平板(寒天含量2.0重量%)1.0 literを設置し
た(平板表面積、1200cm2)。該寒天平板はグル
コースを0.3重量%、マンニトールを1.0重量%含
み、ゲル化前に脱気−窒素ガス置換されて予め嫌気状態
に保たれた。寒天平板がゲル化した後、エウバクテリウ
ム・アエロファシエンスJCM7790の細胞懸濁液
(6ループ/ml)5mlを該平板表面に塗り広げ、窒
素ガスを吹き付けることにより、水分由来の表面光沢が
なくならない程度に過剰な水分を除去した。バイトンゴ
ム製パッキングを介して透明塩化ビニル板製フタをクラ
ンプを用いて装着し、リアクター内部の気相を脱気−窒
素ガス置換した。なお、最後の1回のガス封入は水素ガ
スとした。その後、リアクター内部、正確には塩化ビニ
ル板製蓋の内側に装着した酸素除去触媒(BectonDickin
son Microbiology Systems,Becton Dickinson and Com
pany 製,USA)を活性化し、37℃で24時間前培
養し、微生物膜を成長・肥厚化させた。
EXAMPLES The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. Example ABCM (manufactured by Eiken Chemical Co., Ltd.) adjusted to pH 7.5 was placed on the bottom of a stainless steel reactor (300 × 400 mm) base.
1.0 liter of agar plate (agar content: 2.0% by weight) was placed (plate surface area: 1200 cm 2 ). The agar plate contained 0.3% by weight of glucose and 1.0% by weight of mannitol, and was degassed and replaced with nitrogen gas before gelation, and was previously kept in an anaerobic state. After the agar plate has gelled, spread 5 ml of a cell suspension (6 loops / ml) of E. aerofaciens JCM7790 on the plate surface and spray nitrogen gas to prevent the surface gloss derived from moisture from being lost. Excess water was removed. A lid made of a transparent vinyl chloride plate was attached via a Viton rubber packing using a clamp, and the gas phase inside the reactor was degassed and replaced with nitrogen gas. In addition, hydrogen gas was used for one last gas filling. After that, the oxygen removal catalyst (BectonDickin) attached inside the reactor, more precisely inside the lid made of vinyl chloride plate
son Microbiology Systems, Becton Dickinson and Com
pany, USA) was activated and pre-cultured at 37 ° C. for 24 hours to grow and thicken the microbial membrane.

【0023】前培養後、1重量%の7KLCAメチルエ
ステルジヘキシルエーテル溶液300mlをブチルゴム
プラグを介して嫌気的にリアクター内部に注入し、37
℃で7日間静置培養し、還元反応を行った。有機溶媒層
はブチルゴムプラグを介して、カテラン針を装着したシ
リンジを用いて毎日サンプリングし、ガスクロマトグラ
フィーにて7KLCA及びUDCAメチルを定量した。
その結果、UDCAメチルの蓄積は1日目から始まった
が、4日目に結晶化が始まったために2.5g/lにま
で低下し、その後ほぼ同水準に留まった。
After the pre-culture, 300 ml of a 1% by weight 7KLCA methyl ester dihexyl ether solution was anaerobically injected into the reactor through a butyl rubber plug.
The culture was allowed to stand still at 7 ° C. for 7 days to effect a reduction reaction. The organic solvent layer was sampled daily through a butyl rubber plug using a syringe equipped with a cateran needle, and 7KLCA and UDCA methyl were quantified by gas chromatography.
As a result, the accumulation of UDCA methyl began on day 1, but dropped to 2.5 g / l due to the onset of crystallization on day 4, and remained almost the same thereafter.

【0024】反応終了後、ヘキシルエーテル層を全量回
収した後、平板表面に析出した結晶を拾える限り回収
し、その後、平板表面を酢酸エチルにて繰り返し洗浄
し、取りきれなかった結晶及びヘキシルエーテル層を回
収した。取り出した結晶は酢酸エチルに溶解し、ろ過に
よって結晶表面に付着した菌体を除去した後、ガスクロ
マトグラフィーを用いて純度測定を行った。その結果、
該結晶中にはUDCAメチルと7KLCAメチルは約1
0:1の比率で混在していた。その後、該酢酸エチル層
にヘキサンを加えて再結晶し、ガスクロマトグラフィー
を用いて純度測定したところ、UDCAメチルエステル
の化学純度は99%以上に向上していた(収率48
%)。
After the completion of the reaction, the entire hexyl ether layer was recovered, and then the crystals precipitated on the flat plate surface were recovered as long as they could be picked up. Thereafter, the flat plate surface was repeatedly washed with ethyl acetate to remove the unremoved crystals and the hexyl ether layer. Was recovered. The crystal taken out was dissolved in ethyl acetate, and the bacterial cells attached to the crystal surface were removed by filtration, and then the purity was measured using gas chromatography. as a result,
UDCA-methyl and 7KLCA-methyl in the crystals are about 1
They were mixed at a ratio of 0: 1. Thereafter, the ethyl acetate layer was recrystallized by adding hexane, and the purity was measured by gas chromatography. As a result, the chemical purity of UDCA methyl ester was improved to 99% or more (yield: 48).
%).

【0025】一方、回収した洗浄酢酸エチル層は、無水
硫酸ナトリウムにて乾燥後、ガスクロマトグラフィーで
定量したところ、UDCAメチルと7KLCAメチルが
約10:2の比で混在していたが、これも酢酸エチル−
ヘキサンの再結晶によってUDCAメチルの化学純度は
98%に向上した(収率11%)。さらに、回収したヘ
キシルエーテル層は無水硫酸ナトリウムにより乾燥し、
シリカゲルカラムクロマトグラフィーによってヘキシル
エーテルを除去した後、アセトン−ヘキサンによって7
KLCAメチルとUDCAメチルを分画し、得られたU
DCA画分を酢酸エチル−ヘキサンを用いて再結晶し、
化学純度98%にまで精製した(収率16%)。その
後、回収された全UDCAメチルの結晶をアルカリ加水
分解(90℃で3時間)し、酸沈殿化によって回収した
結晶をメタノール−水、酢酸エチル−ヘキサンで再結晶
し、乾燥後、重量測定及び高速液体クロマトグラフィー
による純度測定を行った。その結果、全収率は77%で
あり(ただし、基質7KLCAメチルの残存量で補正す
ると変換収率は94%)、化学純度は99%以上であっ
た。
On the other hand, the recovered washed ethyl acetate layer was dried over anhydrous sodium sulfate and quantified by gas chromatography. As a result, UDCA methyl and 7KLCA methyl were mixed at a ratio of about 10: 2. Ethyl acetate
Recrystallization of hexane increased the chemical purity of UDCA methyl to 98% (11% yield). Further, the recovered hexyl ether layer was dried with anhydrous sodium sulfate,
After removing hexyl ether by silica gel column chromatography, acetone-hexane was used to remove hexyl ether.
KLCA methyl and UDCA methyl were fractionated, and the resulting U
The DCA fraction was recrystallized using ethyl acetate-hexane,
Purified to a chemical purity of 98% (16% yield). Thereafter, the collected crystals of all UDCA methyl were hydrolyzed with alkali (at 90 ° C. for 3 hours), and the crystals recovered by acid precipitation were recrystallized from methanol-water and ethyl acetate-hexane. Purity was measured by high performance liquid chromatography. As a result, the overall yield was 77% (provided that the conversion yield was 94% when corrected for the residual amount of the substrate 7KLCA methyl), and the chemical purity was 99% or more.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】嫌気性平板型界面バイオリアクターの一例の断
面概略図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an example of an anaerobic plate-type interfacial bioreactor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ステンレス製リアクター基部 2 透明塩化ビニル板 3 バイトンゴム製パッキング 4 親水性固定化担体 5 ガスライン 6 クランプ 7 酸素消去用触媒 8 酸素インジケーター DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reactor base made of stainless steel 2 Transparent vinyl chloride plate 3 Packing made of viton rubber 4 Hydrophilic immobilization carrier 5 Gas line 6 Clamp 7 Oxygen elimination catalyst 8 Oxygen indicator

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 嫌気性界面バイオリアクターに充填され
た、栄養源及び水を内部に包含する親水性固定化担体表
面に、7β−ヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼを
生産する能力を有する微生物を付着・固定化し、このも
のを増殖させて微生物膜を形成させ、該微生物膜と基質
として7−ケトリトコール酸エステルが溶解された疎水
性有機溶媒とを接触させて7−ケトリトコール酸エステ
ルの微生物的還元反応を行うことによりウルソデオキシ
コール酸エステルを製造するにあたり、該疎水性有機溶
媒中に飽和量の水を添加することによって、ウルソデオ
キシコール酸エステルを結晶として該微生物膜表面に析
出させることを特徴とするウルソデオキシコール酸エス
テルの製造方法。
1. A microorganism capable of producing 7β-hydroxysteroid dehydrogenase is attached and immobilized on the surface of a hydrophilic immobilization carrier containing a nutrient source and water filled in an anaerobic interface bioreactor, This is grown to form a microbial membrane, and the microbial membrane is contacted with a hydrophobic organic solvent in which 7-ketritocholate is dissolved as a substrate to carry out a microbial reduction reaction of 7-ketotricholate. In producing ursodeoxycholate, a saturated amount of water is added to the hydrophobic organic solvent to precipitate ursodeoxycholate as crystals on the surface of the microorganism membrane. A method for producing an acid ester.
【請求項2】 微生物がエウバクテリウム・アエロファ
シエンス(Eubacterium aerofaciens)である請求項1
記載の製造方法。
2. The microorganism according to claim 1, wherein the microorganism is Eubacterium aerofaciens.
The manufacturing method as described.
【請求項3】 疎水性有機溶媒がジヘキシルエーテルま
たはジアミルエーテルのような中鎖脂肪族エーテル類、
あるいは該中鎖脂肪族エーテル類に酢酸2−エチルヘキ
シルまたは酢酸ドデシルなどの中鎖脂肪族エステル類を
混合した混合溶媒系である請求項1又は2記載の製造方
法。
3. A medium chain aliphatic ether such as dihexyl ether or diamyl ether, wherein the hydrophobic organic solvent is
3. The method according to claim 1, wherein the medium-chain aliphatic ether is mixed with a medium-chain aliphatic ester such as 2-ethylhexyl acetate or dodecyl acetate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014502490A (en) * 2010-12-16 2014-02-03 ファルマツェル、ゲーエムベーハー Novel 7β-hydroxysteroid dehydrogenase mutant and method for preparing ursodeoxycholic acid
US10954494B2 (en) 2010-12-16 2021-03-23 Pharmazell Gmbh 7Beta-hydroxysteroid dehydrogenase mutants and process for the preparation of ursodeoxycholic acid
US11981935B2 (en) 2010-12-16 2024-05-14 Pharmazell Gmbh 7β-hydroxysteroid dehydrogenase mutants and process for the preparation of ursodeoxycholic acid

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